專利名稱：在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通信和信息安全領(lǐng)域，具體涉及在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法。
背景技術(shù)：
網(wǎng)絡(luò)通信和多媒體技術(shù)的飛速發(fā)展，在給人們的學(xué)習(xí)和生活提供極大便利的同時，通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息安全問題也日益顯露出來。信息隱藏技術(shù)是一門新興的信息安全技術(shù)，通過將秘密信息隱藏于另一公開信息 (載體、宿主)中進行通信傳輸，目的是使得竊聽者難以從公開信息中判斷秘密信息的存在，從而難以輕易截獲秘密信息，保證秘密信息的安全。當前，人們一般選擇圖像、文本、音頻和視頻等信源數(shù)據(jù)作為載體來實現(xiàn)秘密信息的隱藏，利用人體知覺器官(如視覺、聽覺)的某種不敏感性、以及這些媒體的數(shù)據(jù)冗余性， 但在這種情況下，一方面會影響信源數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和統(tǒng)計特性，造成信源數(shù)據(jù)的失真，另一方面被攻擊方截獲后，會有充足的時間進行分析和破解。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，提供了在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法，以QAM(Quadrature Amplitude Modulation，正交幅度調(diào)制)調(diào)制后的星座圖為載體，將秘密信息進行自適應(yīng)調(diào)整后偽裝成高斯白噪聲(噪聲幅度分布服從高斯分布， 功率譜密度均勻分布)，嵌入到I路信號和Q路信號(正交調(diào)幅信號有兩個相同頻率的載波，但是相位相差90度，一個信號叫I信號，另一個信號叫Q信號)中實時發(fā)送，使得攻擊者無法截獲機密信息，而接受者對過濾信息進行提取并進行去噪化處理，便能得到所需的秘密信息。本發(fā)明提供的在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法，包括以下兩個步驟步驟一以QAM調(diào)制后的星座圖作為載體，將秘密信息進行自適應(yīng)速率調(diào)整后偽裝成高斯白噪聲，嵌入到I路信號和Q路信號中實時發(fā)送，所述I路信號和Q路信號為相同頻率的載波，相位差為90度；步驟二 在接收端進行秘密信息的恢復(fù)，即從接收到的I路信號和Q路信號中提取嵌入秘密信息的偽高斯白噪聲向量估計值，進行去噪化處理和估計，從而得到所需的秘密 fn息ο上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，步驟一在發(fā)射端經(jīng)過信道編碼的非秘密二進制信號進入QAM調(diào)制器后，被分為兩路，分別調(diào)制到一對相對獨立的正交的I路信號和Q路信號；在X-Y坐標系中，I路信號和Q路信號分別是在X軸和Y軸上的投影，合成矢量的幅度表示合成載波的幅度，合成矢量與X軸的夾角表示合成載波的相位；利用調(diào)制后得到的I，Q星座點之間的間距，在I-Q平面上將待發(fā)送的秘密信息進行自適應(yīng)速率調(diào)整并偽裝成高斯白噪聲，嵌入到離散的I，Q星座點中，嵌入秘密信息后的I，Q星座點信號再被上變頻到射頻模塊發(fā)射出去。
上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，步驟一的自適應(yīng)速率調(diào)整過程是在噪聲攻擊信道下，根據(jù)接收端得到的誤碼率進行門限比較，調(diào)整參數(shù)N，N為正整數(shù)，噪聲化處理和嵌入函數(shù)中的參數(shù)，為產(chǎn)生的偽高斯白噪聲向量的維數(shù)；如果噪聲大，造成的誤碼率高，則增加參數(shù)N，降低秘密信息嵌入的速率；如果噪聲小，造成的誤碼率低，則減少參數(shù)N， 增加秘密信息嵌入的速率。 上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，步驟一中將秘密信息偽裝成高斯白噪聲，即秘密信息的隱藏操作，包括秘密信息的噪聲化處理和秘密信息的嵌入處理。上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，秘密信息的噪聲化處理過程是在發(fā)射端首先通過線性同余法實現(xiàn)高斯白噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生一個均值為0、方差為σ 2的2Ν維偽高斯白噪聲向量δ2N，N為正整數(shù)，即δ2Ν= {δ J 5keG(0, o2),k = 1...2N}(1)式⑴中，G(0，σ2)表示均值為0、方差為^2的高斯白噪聲，δ &為通過線性同余法產(chǎn)生的滿足G(0，σ2)特性的偽高斯白噪聲變量；以N維密鑰kN為種子，通過N級m序列發(fā)生器，產(chǎn)生一個2N維偽隨機序列向量 α 2Ν，即α2Ν = {ak| ak e (-1, +1), k = 1. . . 2N}(2)式O)中，Cik為隨機變量，取值為-I或+1 ；對每個二進制秘密信息單元M，要進行噪聲化處理，將M擴展映射為均值為0、方差為σ2的N維偽復(fù)高斯白噪聲向量mN，可取mN= {M*(a2k_J 52k_J+ja2k| δ 2k|), k = 1. . . N} (3)式(3)中，j為虛數(shù)單位。秘密信息的嵌入處理需要嵌入函數(shù)來完成，過程是利用調(diào)制后得到的I，Q星座點之間的間距，以I路信號和Q路信號作為秘密信息隱藏的載體即信源信號Sn = {Ik+j'Qk|k =1... N}，對二進制待隱藏秘密信息序列進行噪聲化處理，根據(jù)C3)式，將每個二進制秘密信息單元M擴展映射為均值為0、方差為Q2的N維偽復(fù)高斯白噪聲向量!/后，在發(fā)射端， 取嵌入函數(shù)fN(sN，mN) = sN+mN,即可得到嵌入秘密信息后的合成數(shù)據(jù)Xn = fN(sN, mN)。上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，在發(fā)射端QAM調(diào)制將兩個獨立信號分量I路信號和Q路信號組合成一個復(fù)合信號I+jQ，j是虛數(shù)單位，相應(yīng)地在接收端也將其復(fù)合信號分解為兩個獨立的信號分量。上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，步驟二的提取嵌入秘密信息的偽高斯白噪聲向量估計值需要提取函數(shù)來完成根據(jù)嵌入函數(shù)得到的合成數(shù)據(jù)/，經(jīng)過信道后，變?yōu)閥N，在接收端，通過I路信號和Q路信號解映射得到源信號Sn的估計值f，取提取函數(shù)
Λ N
%(yN，獷)= yN-獷，得到嵌入秘密信息的偽高斯白噪聲向量估計值m獷)，再經(jīng)
過去噪化處理，即可正確恢復(fù)秘密信息M。上述在調(diào)制星座圖中隱藏秘信息的方法中，步驟二的去噪聲化處理過程是在接收端解調(diào)后，對接收到的進行去噪化處理，接收端也以與發(fā)射端相同的N維密鑰kN為種子，通過與發(fā)射端相同的N級m序列發(fā)生器，產(chǎn)生相同的2N維偽隨機序列向量a 2N，然后通過以下操作獲得檢測后的秘密信息M，即取
權(quán)利要求
1.在調(diào)制星座圖中隱藏秘密信息的方法，其特征在于包括以下步驟(1)以QAM調(diào)制后的星座圖作為載體，將秘密信息進行自適應(yīng)速率調(diào)整后偽裝成高斯白噪聲，嵌入到I路信號和Q路信號中實時發(fā)送，所述I路信號和Q路信號為相同頻率的載波，相位差為90度；(2)在接收端進行秘密信息的恢復(fù)，即從接收到的I路信號和Q路信號中提取嵌入秘密信息的偽高斯白噪聲向量估計值，進行去噪化處理和估計，從而得到所需的秘密信息。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)具體是在發(fā)射端經(jīng)過信道編碼的非秘密二進制信號進入QAM調(diào)制器后，被分為兩路，分別調(diào)制到一對相對獨立的正交的I路信號和Q路信號；在X-Y坐標系中，I路信號和Q路信號分別是在X軸和Y軸上的投影，合成矢量的幅度表示合成載波的幅度，合成矢量與X軸的夾角表示合成載波的相位；利用調(diào)制后得到的I，Q星座點之間的間距，在I-Q平面上將待發(fā)送的秘密信息進行自適應(yīng)速率調(diào)整并偽裝成高斯白噪聲，嵌入到離散的I，Q星座點中，嵌入秘密信息后的I，Q星座點信號再被上變頻到射頻模塊發(fā)射出去。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的自適應(yīng)速率調(diào)整過程是在噪聲攻擊信道下，根據(jù)接收端得到的誤碼率進行門限比較，調(diào)整參數(shù)N，N為正整數(shù)，噪聲化處理和嵌入函數(shù)中的參數(shù)，為產(chǎn)生的偽高斯白噪聲向量的維數(shù)；如果噪聲大，造成的誤碼率高，則增加參數(shù)N，降低秘密信息嵌入的速率；如果噪聲小，造成的誤碼率低，則減少參數(shù)N， 增加秘密信息嵌入的速率。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(1)所述的將秘密信息偽裝成高斯白噪聲，即秘密信息的隱藏操作，包括秘密信息的噪聲化處理和秘密信息的嵌入處理。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的秘密信息的噪聲化處理過程是在發(fā)射端首先通過線性同余法實現(xiàn)高斯白噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生一個均值為0、方差為σ 2的2Ν維偽高斯白噪聲向量δ2N，N為正整數(shù)，即δ2Ν= {5k| 5ke G(0, σ 2), k = 1. . . 2N}(1)式(1)中，G(0，σ2)表示均值為0、方差為Q2的高斯白噪聲，Sk為通過線性同余法產(chǎn)生的滿足G(0，σ2)特性的偽高斯白噪聲變量；以N維密鑰kN為種子，通過N級m序列發(fā)生器，產(chǎn)生一個2N維偽隨機序列向量α 2Ν，即α2Ν = {ak| ak e (-1, +1), k = 1. . . 2N}(2)式⑵中，Cik為隨機變量，取值為-1或+1 ；對每個二進制秘密信息單元M,要進行噪聲化處理，將M擴展映射為均值為0、方差為 σ 2的，可取mN= {M*(a2k_J S2k^1Kja2k 52k|),k= 1. . . N} (3)式(3)中，j為虛數(shù)單位。
6.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述的秘密信息的嵌入處理需要嵌入函數(shù)來完成利用調(diào)制后得到的I，Q星座點之間的間距，以I路信號和Q路信號作為秘密信息隱藏的載體即信源信號sN = {Ik+jQk|k= 1... N}，對二進制待隱藏秘密信息序列進行噪聲化處理，根據(jù)C3)式，將每個二進制秘密信息單元M擴展映射為均值為0、方差為Q2的N維偽復(fù)高斯白噪聲向量1/后，在發(fā)射端，取嵌入函數(shù)fN(sN，mN) = sN+mN，即可得到嵌入秘密信息后的合成數(shù)據(jù)xN = fN(sN，mN)。
7.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在發(fā)射端QAM調(diào)制將兩個獨立信號分量I路信號和Q路信號組合成一個復(fù)合信號1+jQ，j是虛數(shù)單位，相應(yīng)地在接收端也將其復(fù)合信號分解 為兩個獨立的信號分量。
8.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)所述的提取嵌入秘密信息的偽高斯白噪聲向量估計值需要提取函數(shù)來完成根據(jù)嵌入函數(shù)得到的合成數(shù)據(jù)xN，經(jīng)過信道后， 變?yōu)閥N，在接收端，通過I路信號和Q路信號解映射得到源信號Sn的估計值f，取提取函數(shù)%(yN，f) = yN-f得到嵌入秘密信息的偽高斯白噪聲向量估計值n/=A(Z^f)再經(jīng)過去噪化處理，即可正確恢復(fù)秘密信息M。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于步驟(2)所述的去噪聲化處理過程是在接收端解調(diào)后，對接收到的進行去噪化處理，接收端也以與發(fā)射端相同的N維密鑰kN為種子，通過與發(fā)射端相同的N級m序列發(fā)生器，產(chǎn)生相同的2N維偽隨機序列向量α 2Ν，然后通過以下操作獲得檢測后的秘密信息M，即取
全文摘要
本發(fā)明公開了在調(diào)制星座圖中隱藏秘密信息的方法，以QAM調(diào)制后的星座圖作為載體,將秘密信息進行自適應(yīng)速率調(diào)整后偽裝成高斯白噪聲，嵌入到I路信號和Q路信號中實時發(fā)送。在接收端被通用解調(diào)器解調(diào)后，秘密信息可被通用解調(diào)器量化過濾，使得竊聽者無法輕易截獲秘密信息，而接收者對過濾信息進行提取并進行去噪化處理，便能得到所需的秘密信息。
文檔編號H04L12/22GK102355359SQ20111019969
公開日2012年2月15日 申請日期2011年7月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月15日
發(fā)明者柯峰, 鄭妙璇 申請人:華南理工大學(xué)